[发明专利]一种薄膜材料激光损伤的识别方法及装置

说明书

本发明属于先进光学制造与光学检测技术领域，涉及一种薄膜材料激光损伤的识别方法及装置。本发明是对薄膜施加强激光，一旦其发生损伤，导致石英晶片等效厚度发生了变化，通过测量激光辐照前后的晶片振荡周期（或频率），确定薄膜是否损伤，并采用特定的装置完成。本方法判别灵敏度高，以薄膜材料是否损失作为直接判断依据，因此不存在“误判”现象；本发明所采用的装置结构简单，集成化高，可实现在线判别，对激光损伤的判别可以在毫秒内完成。

技术领域

本发明属于先进光学制造与光学检测技术领域，涉及一种薄膜材料激光损伤的识别方法及装置。

技术背景

在大功率、高能量激光系统中，存在着数以万计的光学薄膜元件，这些薄膜元件的抗激光损伤性能与光学系统的正常有效运转密不可分。这类薄膜一般是采用高、低折射率不同的两种或多种材料交替制备的多层介质膜结构。而要制备出具有高损伤阈值的薄膜元件，除了对膜系结构进行优化外，最重要的就是要选取具有高损伤阈值的薄膜材料。

遗憾的是，目前对激光损伤阈值(LIDT)的测试还存在操作复杂、测试精确度低、重复性差，且测试成本高等问题。存在这些问题的主要原因是目前尚缺乏有效的实时在线损伤识别方法。对于损伤的识别方法，国际标准化组织推荐相衬显微法作为薄膜损伤的判别方法(ISO21254)，这种方法采用放大倍率为 100-150倍的Normaski显微镜对激光辐照后的表面进行观测，以判别薄膜是否发生损伤。该方法存在的主要问题是，满足放大倍率100-150的显微镜，其工作距一般都很短，安装在激光损伤阈值测试仪中，会对高能辐照激光束产生遮挡，导致自动化测试难以实现，因此需要反复将样品移动到辐照光路之外去测试，从而降低了测试效率，难以满足工业生产的需要。

目前国内外的其他损伤识别方法，主要有散射光强法、等离子体闪光法、光声测量法、光热法等，这些方法各有其优缺点。

散射光强法通过探测光电接收器有无电信号输出，实际上是探测激光辐射前后散射率的变化来判断薄膜材料是否损伤，此方法对被测样品表面的光洁度要求高，如果激光辐射前表面光洁度不够，即使激光辐射引起了损伤，探测器输出电信号也不会有太大的变化，因而不能准确进行损伤判别。

等离子体闪光法通过光电池探测激光与光学表面相互作用时的等离子体闪光来判断薄膜是否存在损伤，检测激光一般为单色光(如氦氖激光的波长 632.8nm)，而等离子体闪光为复色光，因此需要消除作用激光对应的光谱，才可以准确探测到等离子体闪光。常规的等离子体闪光法是在光学表面附近安装一光电接收器件，当存在闪光时，光电接收器件输出一高电平信号，即以光强变化作为损伤与否的判据。然而，当激光的强度足够高时，大气也会发生击穿出现等离子体闪光现象。当强激光作用于薄膜表面并发生等离子体闪光时，在大多数情况下，得到的是薄膜和大气的复合等离子体，或者仅仅得到的是大气等离子体闪光，因此采用常规的探测光强的方式来判别薄膜是否发生损伤，常常会造成“误判”现象。

光声判别法通过采集薄膜在强激光下损伤时的声频信号来判别薄膜是否发生损伤，与薄膜的材料及种类有很大关系，同时也难以区分大气击穿和薄膜损伤的声谱信息。

光热法根据薄膜材料在强激光下吸收热量，引起折射率发生偏转导致光路转折的原理判断薄膜发生损伤，对于吸收极小的介质膜，其判别的准确度很低。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的实时在线判别困难和判别效率低的问题，提供一种薄膜材料激光损伤的识别方法及装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种薄膜材料激光损伤的识别方法，是对薄膜施加强激光，一旦薄膜发生损伤，将导致等效厚度发生了变化，通过测量激光辐照前后的样品振荡周期(或频率)，从而确定薄膜是否损伤。